في السنوات القليلة الماضية، استُخدمت أغشية أكسيد الجرافين بشكل رئيسي في تحلية مياه البحر وفصل الأصباغ. ومع ذلك، للأغشية تطبيقات واسعة، مثل صناعة الأغذية.
قام فريق بحثي من مركز الابتكار العالمي للمياه بجامعة شينشو بدراسة استخدام أغشية أكسيد الجرافين في الحليب. عادةً ما يُشكّل هذا النوع من الأغشية طبقة كثيفة من التراب (الكربون، "أغشية أكسيد الجرافين للحليب الخالي من اللاكتوز" على أغشية البوليمر).
إغلاق غشاء أكسيد الجرافين الذي يخترقه اللاكتوز والماء؛ وترك الدهون والبروتينات والجزيئات الكبيرة في الحليب.
تتميز أغشية أكسيد الجرافين بميزة إنتاج طبقات مسامية مسببة للتآكل، مما يضمن أداء ترشيح أفضل من أغشية البوليمر التجارية. كما أن تركيبها الكيميائي الفريد وبنيتها الطبقية تُعززان نفاذ اللاكتوز والماء، مع صد الدهون والبروتين وبعض المعادن. وبالتالي، يُحافظ على قوام الحليب ونكهته وقيمته الغذائية بشكل أفضل مقارنةً بأغشية البوليمر التجارية.
بفضل التركيب الطبقي الفريد لطبقة الأوساخ المسامية وغشاء أكسيد الجرافين، فإن تركيز اللاكتوز وتدفق نفاذية اللاكتوز أعلى بكثير من تركيز أغشية الترشيح النانوي التجارية. باستخدام غشاء داعم بحجم مسام 1 ميكرومتر كغشاء أكسيد الجرافين، يُحسّن التلوث غير القابل للعكس. يؤدي هذا إلى تكوين طبقة أوساخ مسامية، مما يُمكّن من استعادة تدفق الماء بشكل أفضل بعد ترشيح الحليب.
يُبرز هذا العمل الرائد أداءه الممتاز في مقاومة التلوث وانتقائيته العالية للاكتوز، ويُظهر استخدام أغشية أكسيد الجرافين في صناعة الأغذية، وخاصةً صناعة الألبان. تُحافظ هذه الطريقة على إمكانية إزالة السكر من المشروبات، مع الحفاظ على مكوناتها الأخرى، مما يزيد من قيمتها الغذائية.
إن الخصائص العالية المضادة للتآكل التي تتمتع بها المحاليل الغنية بالمواد العضوية (مثل الحليب) تجعلها خيارًا مثاليًا أيضًا لتطبيقات أخرى (مثل معالجة مياه الصرف الصحي والتطبيقات الطبية). وتخطط المجموعة لمواصلة استكشاف تطبيقات أغشية أكسيد الجرافين.
يستند هذا العمل إلى نتائج بحثية سابقة للمجموعة، وتحديدًا إنشاء أغشية أكسيد الجرافين المرشوشة ("الرفض الفعال لكلوريد الصوديوم والصبغة لأغشية أكسيد الجرافين/الجرافين الهجينة ذات الطبقات") لتحلية مياه البحر باستخدام تقنية النانو الطبيعية. يُظهر الغشاء استقرارًا كيميائيًا مُحسَّنًا بإضافة طبقات قليلة من الجرافين، مع أداء ترشيح مستقر بعد خمسة أيام من التشغيل. إضافةً إلى ذلك، تُعدّ طريقة الترسيب بالرش واعدة جدًا من حيث قابلية التوسع.
يُبرز هذا العمل الرائد أداءه الممتاز في مقاومة التلوث وانتقائيته العالية للاكتوز، ويُظهر استخدام أغشية أكسيد الجرافين في صناعة الأغذية، وخاصةً صناعة الألبان. تُحافظ هذه الطريقة على إمكانية إزالة السكر من المشروبات، مع الحفاظ على مكوناتها الأخرى، مما يزيد من قيمتها الغذائية.
إن الخصائص العالية المضادة للتآكل التي تتمتع بها المحاليل الغنية بالمواد العضوية (مثل الحليب) تجعلها خيارًا مثاليًا أيضًا لتطبيقات أخرى (مثل معالجة مياه الصرف الصحي والتطبيقات الطبية). وتخطط المجموعة لمواصلة استكشاف تطبيقات أغشية أكسيد الجرافين.
يستند هذا العمل إلى نتائج بحثية سابقة للمجموعة، وتحديدًا إنشاء أغشية أكسيد الجرافين المرشوشة ("الرفض الفعال لكلوريد الصوديوم والصبغة لأغشية أكسيد الجرافين/الجرافين الهجينة ذات الطبقات") لتحلية مياه البحر باستخدام تقنية النانو الطبيعية. يُظهر الغشاء استقرارًا كيميائيًا مُحسَّنًا بإضافة طبقات قليلة من الجرافين، مع أداء ترشيح مستقر بعد خمسة أيام من التشغيل. إضافةً إلى ذلك، تُعدّ طريقة الترسيب بالرش واعدة جدًا من حيث قابلية التوسع.
وقت النشر: ٢٠ يوليو ٢٠٢١
